超寬帶無(wú)線(xiàn)視頻監控系統的設計

1 引言

　　超寬帶（Ultra Wideband，UWB）是一種利用低功率譜密度、超高帶寬的無(wú)線(xiàn)信號實(shí)現短距離高速傳輸的技術(shù)[1]。最近幾年，UWB 技術(shù)不斷發(fā)展，基于UWB 的各種研究已經(jīng)取得了諸多成果。另一方面，無(wú)線(xiàn)視頻監控和一些特殊場(chǎng)景下的應用， 對監控系統提出了特殊的要求，如視頻采集設備要體積小、功耗低，監控系統抗干擾、抗衰落能力要強等。UWB 技術(shù)在短距離傳輸時(shí)高速率、低功耗的特點(diǎn)，為實(shí)現以上要求提供了便利。

　　基于UWB 的無(wú)線(xiàn)視頻監控系統有許多設計難點(diǎn)。

　　首先，傳統的視頻采集設備體積通常較大，且在電池供電的情況下很難工作較長(cháng)時(shí)間，選擇合適的視頻采集設備對于實(shí)現發(fā)送端體積與功耗的優(yōu)化極為重要；其次，特殊場(chǎng)景的傳輸環(huán)境通常伴有較為嚴重的多徑衰落，如何既滿(mǎn)足發(fā)送端體積與功耗的限制， 又實(shí)現高質(zhì)量的無(wú)線(xiàn)傳輸， 是設計UWB 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊必須考慮的。

　　此外，對于接收端的視頻解碼與顯示軟件，也需要考慮可移植性與提高顯示質(zhì)量的問(wèn)題。針對以上設計難點(diǎn)，筆者提出了具體的設計方案，其性能在實(shí)際系統中得到了驗證。

超寬帶無(wú)線(xiàn)視頻監控系統示意圖

　　2 系統總體設計方案

　　系統總體設計方案如圖1 所示。在視頻采集與發(fā)送端，使用小型攝像頭，配合攝像頭適配，完成視頻采集。采集到的視頻信號經(jīng)過(guò)UWB 基帶和射頻處理， 經(jīng)由天線(xiàn)發(fā)送。在視頻接收與顯示端，天線(xiàn)接收到的無(wú)線(xiàn)信號經(jīng)過(guò)UWB 射頻和基帶接收模塊處理以及以太網(wǎng)成幀后發(fā)往PC，由運行在PC 上的視頻解碼與播放軟件顯示。

　　視頻采集與發(fā)送端的設計應以體積和功耗作為第一考慮。意法半導體為手機、PDA 等設備開(kāi)發(fā)的VS6724 攝像頭， 體積為8.00 mm×8.00 mm×5.55 mm， 功耗不超過(guò)500 mW，是比較理想的攝像頭方案。VS6724 具有1 600×1 200 像素分辨力和全面的圖像處理功能， 支持30 f/s（幀/秒）、UXGA 格式的圖像采集和傳輸， 并內嵌JPEG壓縮功能，避免了系統對其他視頻壓縮模塊的需求，降低了體積與功耗。視頻接收與顯示端可以將連續的JPEG 圖像進(jìn)行Motion JPEG 處理， 以實(shí)現視頻顯示的目的。

　　在UWB 無(wú)線(xiàn)傳輸體制方面， 設計選擇了單載波UWB（SC-UWB）方案[4-5]。SC-UWB 是一種基于單載波直接序列擴頻的UWB 方案。相對于主流方案MB-OFDM，SC-UWB 方案發(fā)送端顯著(zhù)簡(jiǎn)單，且對射頻線(xiàn)性度和ADC精度等要求較低，利于發(fā)送端小體積、低功耗的實(shí)現。

　　UWB 接收端使用復雜的接收算法對抗多徑衰落。

　　接收端與PC 的接口選擇了高速率、低成本的以太網(wǎng)。PC的視頻解碼和顯示軟件基于Windows 平臺設計，使用免費的WinPcap 和OpenCV 軟件包，易于軟件的移植。

　　3 攝像頭適配模塊設計